中低温制备有机/陶瓷杂化材料的探索性研究

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陶瓷行业是能耗的大户,降低烧成能耗是降低生产成本,提高经济效益的一个重要环节。降低烧成能耗办法有很多,但是降低坯体的烧成温度,实现低温烧成是解决能耗过大的根本性办法。坯体中加入有很强粘结性的聚合物,该聚合物在最终的致密化反应过程中,作为助烧剂,加速固相传质。通过液相烧结降低陶瓷的致密化温度,从而低温下制备出有机-陶瓷杂化材料。本文通过共混法制备氧化铝/酚醛树脂的混合粉体,选用溶胶凝胶法和共沉淀法分别制备出均匀性好的氧化锆/酚醛树脂、氧化锌/酚醛树脂的前躯体粉体,首次采用SPS脉冲加热快速烧结技术,低温下获得高性能多孔氧化铝陶瓷及具有一定致密度的氧化锆-有机、氧化锌-有机陶瓷杂化材料。分析了原料配比及合成工艺对产物结构与组织性能的影响,并对其进行了探讨。重点讨论了热处理温度、升温速率、保温时间、压力对材料制备的影响。低温多孔氧化铝陶瓷制备的优化工艺为:有机物含量:10%,最高温度:1100℃,升温速率:100℃/min,压力:35MPa。利用该最佳工艺,所得样品的孔隙率为30.67%,密度为0.8,孔径大小均匀且分布窄,平均孔径为62.8nm,抗弯强度高达188MPa;SPS采用快速升温和短的保温时间使陶瓷块体的致密化时间大幅度缩短,且快速的升温速率与降温速率,使得反应物在反应前后均具有较高的活性,有利于陶瓷的致密化,在一定程度上降低了陶瓷的致密化温度,使得反应在相对较低温度下进行,从而有效地抑制有机物的分解。二氧化锆-有机杂化陶瓷制备的优化的工艺为:温度:400℃,升温速率:100℃/min,保温时间:10min,压力:40MPa。利用最佳工艺能够得到有机物作为粘结剂的氧化锆陶瓷。本文通过探讨氧化锌陶瓷制备过程中,酚醛树脂形成液相时所需的条件,初步制备出具有一定致密度和结构的有机-氧化锌陶瓷杂化材料。所得样品中有机物分布较不均匀,局部起到粘结作用。
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